EP0048862B1 - Verfahren zur Messung von Widerständen und Kapazitäten von elektronischen Bauelementen - Google Patents

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EP0048862B1
EP0048862B1 EP81107151A EP81107151A EP0048862B1 EP 0048862 B1 EP0048862 B1 EP 0048862B1 EP 81107151 A EP81107151 A EP 81107151A EP 81107151 A EP81107151 A EP 81107151A EP 0048862 B1 EP0048862 B1 EP 0048862B1
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EP
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component
resistance
capacitance
determined
electron beam
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EP81107151A
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Hans-Peter Dipl.-Phys. Feuerbaum
Ulrich Dipl.-Phys. Knauer
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G01R31/302—Contactless testing
    • G01R31/305—Contactless testing using electron beams

Definitions

  • the invention relates to a method for measuring resistances and capacitances of electronic components according to the preamble of claim 1.
  • the invention has for its object to measure the resistances and capacities of electronic components without stress.
  • the method customary in electron beam measurement technology is advantageously used with the aid of a secondary electron spectrometer, with which the potential change on the component is first measured, from which the potential profile U (t) is then determined.
  • the frequency of the electron pulses synchronized with the frequency of the signal on a component that is part of the circuit, so that the resistance R and the capacitance C on this component are determined dynamically, from which then connected to this component Load can be closed.
  • the equivalent circuit diagram applicable to this measurement method of resistances and capacitances of electronic components is shown in FIG. 1.
  • the charge of the component for t ⁇ welt reaches a saturation voltage U s , from which the resistance R can be calculated if the current I A is known.
  • Arrangements can be used for the measuring method according to the invention, such as those found in e.g. B. by H.-P. Feuerbaum are described in «VLSI testing using the electron proben, SEM / 1979 / Vol. 1, 285-296, (1979).
  • the electron current is impressed on the electronic component in a pulsed manner.
  • the Potential changes within the pulse are queried.
  • the method commonly used in electron beam measurement technology with the aid of a secondary electron spectrometer is advantageously used.
  • the resistance R and the capacitance C can also be determined dynamically. The measurement of the resistance R and the capacitance C can then be used to draw conclusions about the load connected to the component in question.

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  • Tests Of Electronic Circuits (AREA)
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  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung von Widerständen und Kapazitäten von elektronischen Bauelementen gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Nach dem Stand der Technik wurden Widerstand und Kapazität eines elektronischen Bauelementes dadurch gemessen, dass gleichzeitig zwei Messspitzen aufgesetzt worden sind und dass dem elektronischen Bauelement ein definierter Strom eingeprägt worden ist. Der Nachteil eines solchen Messverfahrens ist, dass eine Messspitze eine nicht zu vernachlässigende Eigenkapazität besitzt, wobei diese Eigenkapazitäten der Messspitzen die Messgenauigkeit des Messverfahrens verringern und den Messbereich verkleinern. Die kleinste nach diesem Verfahren messbare Kapazität beträgt 1 pF.
  • Aus der deutschen Patentschrift DE-B2-2215179 ist ein Verfahren zur Messung von Widerständen von elektrischen Bauelementen bekannt, wobei ein Elektronenstrahl auf ein erstes Ende eines zu messenden Widerstandes auftrifft. Dadurch wird ein Gleichstrom erzeugt, der durch den zu messenden Widerstand fliesst. Aus der von diesem Strom verursachten Potentialänderung am zweiten Ende des zu messenden Widerstandes lässt sich bei bekantem Gleichstrom der zu messende Widerstand bestimmen. Zur Durchführung eines solchen bekannten Verfahrens müssen zwei verschiedene Orte des zu messenden Widerstandes kontaktiert werden. Diese beiden Kontaktierungen erfolgen in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel mit zwei verschiedenen Elektronensonden. Der apperative Aufwand ist dabei erheblich.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Widerstände und Kapazitäten von elektronischen Bauelementen belastungsfrei zu messen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, welches die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Mit einem solchen Messverfahren lassen sich wesentlich kleinere Kapazitäten als nach dem Stand der Technik bestimmen. Ausserdem lassen sich mit dem erfindungsgemässen Verfahren Widerstand und Kapazität eines elektronischen Bauelementes auch dann bestimmen, wenn nur ein einziger Auftreffort auf dem elektronischen Bauelement für eine Kontaktierung mit einem Elektronenstrahl zugänglich ist. Da bei dem erfindungsgemässen Verfahren nur eine einzige Kontaktierung erforderlich ist, kann der apparative Aufwand insgesamt sehr gering gehalten werden.
  • Zum Messen des Potentialverlaufes U(t) wird vorteilhafterweise das in der Elektronenstrahl-Messtechnik übliche Verfahren mit Hilfe eines Sekundärelektronen-Spektrometers angewandt, mit dem zunächst die Potentialänderung am Bauelement gemessen wird, woraus sodann der Potentialverlauf U(t) bestimmt wird.
  • Als die zur Bestimmung des Widerstandes R und der Kapazität C erforderlichen beiden Messwerte U(t1), U(tz) werden zweckmässigerweise die Sättigungsspannung Us = U (t↔ ∞)≈U(5RC) = U(t1) und Us - 0,63 = U(t = RC) = U(t2) herangezogen.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird bei der Messung an einer Schaltung, z.B. einer integrierten Schaltung, die Frequenz der Elektronenpulse mit der Frequenz des Signals an einem Bauelement, das ein Teil der Schaltung ist, synchronisiert, so dass der Widerstand R und die Kapazität C an diesem Bauelement dynamisch bestimmt werden, woraus dann auf die an dieses Bauelement zugeschaltete Last geschlossen werden kann.
  • Die Erfindung wird in der Zeichnung näher dargestellt.
    • Fig. 1 zeigt ein Ersatzschaltbild.
    • Fig. 2 zeigt die Bestimmung von Widerstand R und Kapazität C aus dem Potentialverlauf U(t).
  • Einem Bauelement mit dem Widerstand R und der Kapazität C wird bei einem erfindungsgemässen Messverfahren durch den Elektronenstrahl ein Strom IA aufgeprägt gemäss IA = IR + Ic. Das für dieses Messverfahren von Widerständen und Kapazitäten von elektronischen Bauelementen zutreffende Ersatzschaltbild zeigt Fig. 1.
  • Für die resultierenden Aufladungen des Bauelementes gilt folgende Differentialgleichung
    Figure imgb0001
    mit der Lösung
    Figure imgb0002
  • Demnach erreicht die Aufladung des Bauelements für t→∞ (≈5 · RC) eine Sättigungsspannung Us, aus der sich bei bekanntem Strom IA der Widerstand R berechnen lässt. Die Kapazität C berechnet sich aus der Beziehung U(t=RC) = Us-0,63, wobei für den Widerstand R der aus der Sättigungsspannung Us gewonnene Widerstandswert R einzusetzen ist. Wenn der Potentialverlauf U (t) experimentell gemessen wurde, so können z.B. der Widerstand R und die Kapazität C vorteilhafterweise grafisch aus dem Potentialverlauf U(t) gewonnen werden, wie in Figur 2 gezeigt wird.
  • Bei einer Potentialauflösung von 1 mV, einer Zeitauflösung von 5 ns und einem Elektronenstrom IA von 10-7 A errechnet sich als Einsatzbereich des Verfahrens
    • R ≥ 10 kΩ
    • C > 500 fF (bei 10 kΩ)
    • C > 5 fF (bei 1 MΩ).
  • Für das erfindungsgemässe Messverfahren können Anordnungen herangezogen werden, wie sie z. B. von H.-P. Feuerbaum beschrieben werden in «VLSI testing using the electron proben, SEM/ 1979/Vol. 1, 285-296, (1979). Für die Messung der Aufladung wird der Elektronenstrom dem elektronischen Bauelement pulsförmig eingeprägt. Die Potentialänderung innerhalb des Pulses wird abgefragt. Dazu wird vorteilhafterweise das in der Elektronenstrahl-Messtechnik übliche Verfahren mit Hilfe eines Sekundärelektronen-Spektrometers verwendet.
  • Wird z.B. bei der erfindungsgemässen Messung an einer integrierten Schaltung die Frequenz der Elektronenpulse mit der Frequenz des Signals am Messpunkt synchronisiert, so können der Widerstand R und die Kapazität C auch dynamisch bestimmt werden. Aus der Messung des Widerstandes R und der Kapazität C kann dann auf die an das betreffende Bauelement zugeschaltete Last geschlossen werden.

Claims (4)

1. Verfahren zur Messung des Widerstands R und der Kapazität C, die an einem Messpunkt eines elektronischen Bauelements gegeben sind, dadurch gekennzeichnet, dass dem Bauelement durch einen gepulsten Elektronenstrahl, der auf dem Messpunkt auftrifft, ein Strom IA aufgeprägt wird gemäss
Figure imgb0003
und dass der Potentialverlauf U(t), der sich während des Pulses des Elektronenstrahles am Auftreffort dieses Elektronenstrahles auf dem elektronischen Bauelement infolge des aufgeprägten Stromes IA als Funktion der Zeit t ergibt, gemessen wird, woraus sich durch entsprechende Auswahl von zwei Messwerten U(t1), U(t2) des Potentialverlaufes U(t) bei zwei verschiedenen Zeitpunkten t1, t2 bei bekanntem Strom IA, der Widerstand R und die Kapazität C bestimmen lassen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Messung des Potentialverlaufes U(t) ein Sekundärelektronen-Spektrometer verwendet wird, mit dem zunächst die Potentialänderung am Messpunkt gemessen wird, woraus sodann der Potentialverlauf U(t) bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als die zur Bestimmung des Widerstandes R und der Kapazität C des Bauelementes erforderlichen Messwerte U(t1), U(tz) die Sättigungsspannung Us=U(t→∞) und die Spannung Us.0,63 = U(t=RC) herangezogen werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Bauelement Teil einer Schaltung ist, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Messung an dem Bauelement, das Teil der Schaltung ist, die Frequenz der Elektronenpulse mit der Frequenz des Signals am Messpunkt synchronisiert wird, so dass der Widerstand R und die Kapazität C an diesem Bauelement dynamisch bestimmt werden, woraus dann auf die an dieses Bauelement zugeschaltete Last geschlossen wird.
EP81107151A 1980-09-29 1981-09-10 Verfahren zur Messung von Widerständen und Kapazitäten von elektronischen Bauelementen Expired EP0048862B1 (de)

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